APD(アバランシェフォトダイオード)

通常、デジタル信号は周波数範囲が広く、この周波数に比例して増大する電気回路上の熱雑音が問題になります。しかし、APDは、増倍作用により、単純なフォトダイオードに対して、SN比を良好に確保できます。

この様子を下図に示します。縦軸は光電変換後の電気信号および熱雑音のレベル、横軸は周波数です。単純なフォトダイオードでの光電変換後の信号を増倍率=1レベル(茶線)とします。一方、APDでは、信号が増倍されるため(赤線)、熱雑音(灰線)に埋もれにくくなります。

増倍率=1では周波数が大きくなると(黄矢印)、熱雑音は増加し信号より大きくなってしまいます(桃色矢印)。これに対して増倍されるAPDでは、高周波数帯域でもSN比を確保できます(緑矢印)。

ただ、APDにおいても、光素子で発生するショット雑音や暗電流などの雑音もあるので、これらの影響を考慮し最適な状態で使用する必要があります。また、受光面積を大きくすると光を受けやすくなりますが、端子間容量(コンデンサ相当)が増加し速度特性が低下します。高速性を追求する場合は、比較的小さな受光面積(100μm平方オーダー)の素子を使用し、光ファイバーからの光を小型レンズで受光面に導く構成となります。